JPH08145691A - 圧電振動ジャイロ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 圧電素子の動作を妨げることなく、圧電素子
の電極引き出しを簡便に行い、特性の良好な圧電振動ジ
ャイロを提供する。 【構成】 四角柱状の振動体１２の各側面に設けられる
圧電体１４Ａの表面に複数の電極１４Ｂ，１４Ｃが形成
される。これらの電極１４Ｂ，１４Ｃは、例えば共通電
極と駆動電極（又は検出電極）という具合に、異なる用
途に使用される。これら電極１４Ｂ，１４Ｃ間に駆動信
号が印加されると、圧電体１４Ａの圧電作用により振動
体１２が振動する。共通電位の引出しも圧電素子１４の
表面から行われるので、振動体１２を共通電位とする必
要はなく、絶縁体などによる振動体をそのまま使用する
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えば自動車のナビ
ゲーションシステムに用いられる圧電材料を利用した圧
電振動ジャイロにかかり、更に具体的には、振動体を振
動させるための圧電素子を備えた圧電振動ジャイロに関
する。

【０００２】

【背景技術】振動ジャイロは、振動体に角速度が加わる
と、その振動方向と垂直にコリオリの力が生ずるという
力学現象を利用したもので、圧電振動ジャイロは圧電素
子を振動と検出に利用したものである。既に各種のもの
が知られており、自動車のナビゲーションシステムやビ
デオカメラの手ぶれ調整などに応用されている。

【０００３】一例として、特開平２−２６６２１４号公
報に開示されたものを説明する。図８において、圧電振
動ジャイロ９００は、エリンバ合金製の正三角柱状の振
動体９０２を中心に構成されており、その三つの側面の
中央部にそれぞれ圧電素子９０４，９０６，９０８が接
着剤によって接着されている。圧電素子９０４は、圧電
セラミック９０４の両主面（表裏）にそれぞれ電極９０
４Ｂ，９０４Ｃが形成された構成となっている。他の圧
電素子９０６，９０８についても同様である。

【０００４】帰還用の圧電素子９０８の電極９０８Ｂ
は、発振回路９１０の入力側に接続されており、この発
振回路９１０の出力側は、固定抵抗９１２，９１４を各
々介して励振用の圧電素子９０４，９０６の入力側の電
極９０４Ｂ，９０６Ｂにそれぞれ接続されている。ま
た、励振用の圧電素子９０４，９０６の電極９０４Ｂ，
９０６Ｂは、検出用端子９１６，９１８にそれぞれ接続
されている。これら検出用端子９１６，９１８は差動検
出回路９２０にそれぞれ接続されており、これによって
検出用端子９１６，９１８の電位差が検出されるように
なっている。更に、振動体９０２はアースに接続されて
おり、これが発振回路９１０及び差動増幅回路９２０の
共通電位ともなっている。

【０００５】発振回路９１０によって、圧電素子９０
４，９０６と圧電素子９０８との間に駆動電圧が印加さ
れると、圧電セラミック９０４Ａ，９０６Ａ，９０８Ａ
の圧電作用により振動体９０２が同図の上下方向に屈曲
振動する。この状態で振動体９０２の長手方向（図の紙
面に垂直の方向）を軸として圧電振動ジャイロ９００が
回転すると、その回転角速度に応じて励振方向と直交す
るコリオリ方向（同図の左右方向）にコリオリ力が働
く。このため、振動体９０２の振動方向は、無回転時の
上下方向からずれるようになる。

【０００６】すると、圧電素子９０４，９０６のインピ
ーダンスが圧電振動ジャイロ９００の回転角速度に応じ
て変化するようになり、この変化に対応する電位が検出
用端子９１６，９１８に現われる。差動検出回路９２０
では、検出用端子９１６，９１８の電位差が検出され
る。この電位差は、圧電素子９０４，９０６のインピー
ダンス変化，すなわちコリオリ力に基づく振動方向のず
れに対応しており、結果的に差動検出回路９２０の出力
によって振動ジャイロ９００の回転角速度を知ることが
できる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、以上のよう
な構成の圧電振動ジャイロでは、圧電素子９０４，９０
６，９０８の電極９０４Ｃ，９０６Ｃ，９０８Ｃを引き
出す必要があるが、圧電素子の裏面側となっているため
に困難である。そこで、前記背景技術では、振動体９０
２として金属を用い、これを共通電位とすることで、圧
電素子９０４〜９０８の電極９０４Ｃ〜９０８Ｃの引出
しを行っている。しかしながら、振動体９０２として金
属を用いた場合には外部磁場の影響が大きくなるという
不都合が生ずる。

【０００８】これを避けるため、例えば振動体９０２と
して絶縁性のものを用いたとすると、今度は、振動体の
表面をめっきをするなどの処理が必要となる。この発明
は、以上の点に着目したもので、振動子や圧電素子の動
作を妨げることなく、圧電素子の電極引き出しを簡便に
行い、特性の良好な圧電振動ジャイロを提供すること
を、その目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段と作用】この発明によれ
ば、角速度を検出するための振動体を振動させるために
設けられる圧電体の同一面，例えば表裏のいずれかの面
あるいは内部面に、複数の電極が間隔をおいて分割形成
される。圧電素子からの電極引出しは分割電極から簡便
に行われる。各電極の外部引出し用ランド部は、好まし
くは、振動体の振動の節の位置に設けられる。ランド部
が振動しないので、引出し線と電極との結合を良好に維
持できる。

【００１０】また、前記電極が二つの場合、その一方の
電極のランド部は振動体の一方の振動の節の位置，他方
の電極のランド部は振動体の他方の振動の節の位置に配
置される。これにより、振動体に対する電極配置のバラ
ンスがとれ、良好な振動が可能となる。この発明の前記
及び他の目的，特徴，利点は、次の詳細な説明及び添付
図面から明瞭になろう。

【００１１】

【好ましい実施例の説明】この発明の圧電振動ジャイロ
には数多くの実施例が有り得るが、ここでは適切な数の
実施例を示し、詳細に説明する。

【００１２】＜実施例１＞最初に、図１〜図３を参照し
ながら本発明の実施例１を説明する。図１（A）には、
実施例１の圧電振動ジャイロの外観が示されている。そ
して、同図の＃１−＃１線に沿って矢印方向に見た縦端
面が同図（B）に示されており、＃２−＃２線に沿って
矢印方向に見た横端面が図２に示されている。

【００１３】これらの図において、圧電振動ジャイロ１
０は振動体１２を中心に構成されている。振動体１２
は、樹脂などの絶縁性材料によって正４角柱に形成され
ている。この振動体１２の側面には、それぞれ圧電素子
１４，１６，１８，２０が形成されている。なお、図１
（A）にはそれらのうちの圧電素子１４，１８のみが示
されている。

【００１４】これらのうち、圧電素子１４は、圧電セラ
ミックなどの圧電材料によって形成された圧電体１４Ａ
の一方の平面上に、電極１４Ｂ，１４Ｃが形成された構
成となっている。圧電体１４Ａの他方の平面は、接着剤
などによって振動体１２の側面に接着されている。電極
１４Ｂ，１４Ｃは、振動体１２の横方向（長手方向に直
交する方向）に歯が交互に位置するような櫛形状の配置
となっている。圧電体１４Ａの分極は、電極１４Ｂ，１
４Ｃの間に分極用の電圧を印加することで行われる。他
の圧電素子１６，１８，２０についても同様である。

【００１５】なお、各圧電素子の電極の形状について
は、以下の点が考慮される。電極１４Ｂ，１４Ｃの一部
を拡大して示す図３において、仮に矢印Ｆ１方向に圧電
体１４Ａが伸びるように電圧が印加されたとする。この
とき、電極１４Ｂの頂部に着目すると、矢印Ｆ２方向に
圧電体１４Ａが伸びることになり、別言すれば、矢印Ｆ
３方向に圧電体１４Ａが縮むことになる。この矢印Ｆ３
方向の縮みは、矢印Ｆ１方向の伸びをキャンセルしてし
まう。圧電素子の電極構成に当っては、このような不都
合が生じないようにする。

【００１６】つまり、所望の圧縮伸長を得たい方向の間
隔ｍを、それに直交する方向の間隔ｎよりも狭くする。
すなわち、ｍ＜ｎとし、好ましくは、２ｍ≦ｎとする。
本実施例では、矢印Ｆ１方向の間隔がｍ，矢印Ｆ２方向
の間隔がｎに対応する。以上のような圧電振動ジャイロ
１０は、例えば振動体１２のノード点（振動の節となる
点）が適宜の支持線に半田などによって固定される。そ
して、支持線の各脚をプリント基板などに立設すること
で、振動可能に支持される。

【００１７】次に、図２を参照しながら駆動検出回路の
一例について説明する。同図において、振動体１２の上
下面に位置する圧電素子１４，１６の電極１４Ｂ，１６
Ｂは、発振回路２２に接続されている。他方、振動体１
２の左右面に位置する圧電素子１８，２０の電極１８
Ｂ，２０Ｂは、差動増幅回路２４の差動入力側に接続さ
れている。更に、差動増幅回路２４の出力側は、同期検
波回路２６に接続されており、この同期検波回路２６は
リップルフィルタ２８に接続されている。

【００１８】また、各圧電素子１４〜２０の他方の電極
１４Ｃ〜２０Ｃは、いずれもアースとなっており、これ
が発振回路２２，差動増幅回路２４，同期検波回路２
６，リップルフィルタ２８の共通電位ともなっている。

【００１９】次に、本実施例の動作を説明する。発振回
路２２によって、圧電素子１４，１６の電極１４Ｂ，１
６Ｂに駆動電圧が印加されると、圧電体１４Ａ，１６Ａ
が伸縮するようになる。なお、圧電体１４Ａ，１６Ａ
は、一方が伸びれば他方が縮むというように逆に作用す
る。このため、振動体１２は、図の上下方向に励振され
た屈曲振動するようになる。この状態では、左右の圧電
素子１８，２０には、インピーダンスの差が生じないた
め、その電位にも差は生じない。

【００２０】しかし、振動体１２の長手方向（図の紙面
に垂直の方向）を軸として圧電振動ジャイロ１０が回転
すると、その回転角速度に応じて励振方向と直交するコ
リオリ方向（同図の左右方向）にコリオリ力が働く。従
って、振動体１２の振動方向は、無回転時の上下方向か
らずれるようになる。すると、圧電素子１８，２０のイ
ンピーダンスが圧電振動ジャイロ１０の回転角速度に応
じて変化するようになり、この変化に対応する電位が差
動増幅回路２４の入力側に現われる。差動増幅回路２４
では、それらの電位差が検出される。

【００２１】この電位差は、圧電素子１８，２０のイン
ピーダンス変化，すなわちコリオリ力に基づく振動方向
のずれに対応しており、結果的に差動増幅回路２４の出
力によって圧電振動ジャイロ１０の回転角速度を知るこ
とができる。検出信号は、同期検波回路２６で、発振回
路２２の発振周期，すなわち振動体１２の振動周期で同
期検波され、更にリップルフィルタ２８でリップル分を
除去して直流分が得られる。この直流出力を測定するこ
とによって、圧電振動ジャイロ１０に加わった回転角速
度を測定することができる。

【００２２】ところで、上述したように、本実施例によ
れば、各圧電素子１４〜２０の電極がすべてその表面に
形成されている。このため、圧電素子表面から簡便に電
極を引き出すことができる。また、振動体１２として金
属性のものを用いたり、あるいはその表面にめっきを施
すなどの必要がない。従って、外部磁場の影響が大幅に
低減されるとともに、振動体として絶縁性のものを用い
ることもでき、材料の選択の幅が広がるという利点も生
ずる。

【００２３】なお、本実施例において、図１（A）に示
すように、圧電素子１４の電極１４Ａ，１４Ｃにリード
線を接続する位置ＦＡ，ＦＢが、振動体１２の節となる
位置とすると、半田付け箇所が変位しないので好都合で
ある。他の圧電素子１６〜２０についても同様である。

【００２４】＜実施例２＞次に、図４，図５を参照しな
がら実施例２について説明する。この実施例２は、電極
形状の各種の例である。なお、図４には、いずれか一つ
の面の圧電素子の電極形状のみが示されている。まず、
図４（A）に示す実施例は最も単純で基本的な例で、圧
電体３０上に二つの電極３２，３４を適宜の間隔をおい
て形成したものである。このように、基本的には、適宜
の形状の電極を間隔を置いて二つ配置すればよい。

【００２５】同図（B），（C）に示す実施例は、振動体
１２の長手方向に櫛状となるように、電極３６，３８を
形成したものである。同図（B）に示すものは、リード
線引出し用のランド３６Ａ，３８Ａが振動体１２の左右
の節の位置にそれぞれ設けられているが、同図（C）に
示すものは、ランド３６Ａ，３８Ａの両方が一方の節の
位置に設けられている。

【００２６】同図（D）に示す実施例は、外側の四角形
の電極４０内に電極４２，４４が分割形成されたもの
で、電極４２，４４は、例えば金などの柔らかい金属で
形成されたリード線４６で接続されている。圧電体３０
の分極は、電極４０と、リード線４６で接続されている
電極４２，４４との間に分極用の電圧を印加することで
施される。

【００２７】なお、前記実施例１の電極形状において図
４（C）に示すようなランド配置としてもよい。しか
し、振動体１２の励振を良好に行うためには、電極の配
置を対称とした方が好ましい。

【００２８】また、図４（C）に示すようなランド配置
であっても、４つの圧電素子中のいずれか２つのランド
を一方の節の位置とし、他の２つの圧電素子のランドを
他方の節の位置とするとすることで、バランスをとるよ
うにしてもよい。図５（A）に展開して示す例では、振
動体１２の節ＦＡ側に圧電素子４８Ａ，４８Ｃのランド
が位置しており、節ＦＢ側に圧電素子４８Ｂ，４８Ｄの
ランドが位置している。同図（B）の例では、振動体１
２の節ＦＡ側に圧電素子４８Ａ，４８Ｂのランドが位置
しており、節ＦＢ側に圧電素子４８Ｃ，４８Ｄのランド
が位置している。同図（A）では、図２に示した発振回
路２２や差動増幅回路２４に対するリード線の引出し，
接続を行うランド位置が揃っているため、配線上同図
（B）のものよりも都合がよい。

【００２９】＜実施例３＞次に、図６を参照しながら実
施例３について説明する。圧電振動ジャイロとしては各
種のものが知られており、いずれのタイプのものにも本
発明は適用可能であるが、それらのうち、特にリング状
の振動体に本発明を適用したものが本実施例である。

【００３０】同図（A）に示す実施例は、リング状の振
動体５０の上面５２に、圧電素子５４，５６，５８を形
成したものである。圧電素子５４の圧電体５４Ａ上に
は、櫛状に電極５４Ｂ，５４Ｃがそれぞれ形成されてい
る。圧電素子５６，５８についても同様である。圧電素
子５４，５６が駆動用，及び検出用であり、図８の圧電
素子９０４，９０６に対応する。圧電素子５８は帰還用
であり、図８の圧電素子９０８に対応する。同図（B）
に示す実施例は、振動体６０の側面６２に、前記圧電素
子５４，５６，５８（５８のみ図示）を設けたものであ
る。なお、これらの実施例の電極の形状として、前記い
ずれかの実施例のものを適用してよい。

【００３１】＜実施例４＞次に、図７を参照しながら実
施例４について説明する。この実施例は、電極と圧電体
の配置に関するものである。上述した実施例では、圧電
体の表面に電極を形成したが、同図（A）の実施例で
は、圧電体７０上に電極７２，７４が形成されており、
その上に更に圧電体７６が形成されている。つまり、圧
電体７０，７６に電極７２，７４が挟まれた構成となっ
ている。なお、リード線の引出しのため、電極のランド
部分は露出している。

【００３２】同図（B）の実施例では、圧電体７８の表
面に電極８０，８２が形成されているものの、それらの
ランド部分が振動体１２上に形成されている。同図
（C）の実施例では、振動体１２上に電極８４，８６が
形成されており、その上に振動体８８が形成された構成
となっている。なお、各電極の形状やランド配置は、前
記実施例のいずれとしてもよい。

【００３３】＜他の実施例＞この発明は、以上の開示に
基づいて多様に改変することが可能であり、例えば次の
ようなものがある。 （1）前記実施例は、主として四角柱状の振動体に圧電
素子を設けた場合であるが、振動体の形状としては、三
角柱，円柱，８角柱，円筒など、各種の形状としてよ
い。また、振動体に形成する圧電素子数も必要に応じて
適宜設定してよい。電極形状も同様であり、三角，円，
楕円，階段形状，波形状など、各種の形状としてよい。 （2）駆動検出回路も、例えば図８に示した構成とする
など、各種設計変更可能である。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれば
次のような効果がある。 （1）圧電体用の電極を、間隔を置いて分割形成するこ
ととしたので、簡便に電極を引き出すことができる。こ
れにより、振動体を金属で形成して共通電位とする必要
がなくなるため、磁場の影響が低減される。また、振動
体が樹脂材料の場合にその表面をめっき処理などして共
通電位を取る必要もなくなるため、製造工程を低減でき
る。 （2）電極を外部に引出すためのランド部を振動体の節
の位置としたので、接続部分が振動せず、結合が良好に
保持できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１の構成を示す図である。

【図２】実施例１の横端面と駆動検出回路を示す図であ
る。

【図３】実施例１の電極形状と圧電体の伸縮の関係を示
す図である。

【図４】実施例２における圧電素子の電極形状を示す図
である。

【図５】圧電素子の電極におけるランド配置の例を示す
図である。

【図６】リングタイプの圧電振動ジャイロの実施例を示
す図である。

【図７】圧電体と電極の配置例を示す図である。

【図８】従来の圧電振ジャイロとその駆動検出回路の一
例を示す図である。

【符号の説明】

１０，５０，６０…圧電振動ジャイロ １２，５２，６２…振動体 １４，１６，１８，２０，４８Ａ，４８Ｂ，４８Ｃ，４
８Ｄ，５４，５６，５８…圧電素子 １４Ａ，１６Ａ，１８Ａ，２０Ａ，３０，５４Ａ，５６
Ａ，５８Ａ，７０，７６，７８，８８…圧電体 １４Ｂ，１６Ｂ，１８Ｂ，２０Ｂ，１４Ｃ，１６Ｃ，１
８Ｃ，２０Ｃ，３２，３４，３６，３８，４０，４２，
４４，５４Ｂ，５４Ｃ，５６Ｂ，５６Ｃ，５８Ｂ，５８
Ｃ，７２，７４，８０，８２，８４，８６…電極 ２２…発振回路 ２４…差動増幅回路 ２６…同期検波回路 ２８…リップルフィルタ ３６Ａ，３８Ａ…ランド部 ４６…リード線 ＦＡ，ＦＢ…振動の節

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 角速度を検出するための振動体；この振
   動体を振動させるために、振動体に設けられた圧電体；
   この圧電体の同一面上に間隔をおいて分割形成された複
   数の電極；を備えた圧電振動ジャイロ。
2. 【請求項２】 前記電極の外部引出し用ランド部を、振
   動体の振動の節の位置に設けた請求項１記載の圧電振動
   ジャイロ。
3. 【請求項３】 前記電極は、第１及び第２の電極に分割
   されており、第１の電極のランド部は振動体の第１の振
   動の節の位置とし、第２の電極のランド部は振動体の第
   ２の振動の節の位置とした請求項２記載の圧電振動ジャ
   イロ。